﻿using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace MaxHeap
{
    public class MaxHeap<E> where E : IComparable<E>
    {
        private Array<E> data;

        public MaxHeap(int capacity)
        {
            data = new Array<E>(capacity);
        }

        public MaxHeap()
        {
            data = new Array<E>();
        }

        /// <summary>
        /// 数组转化为堆
        /// </summary>
        /// <param name="arr"></param>
        public MaxHeap(E[] arr)
        {
            data = new Array<E>(arr);
            for (int i = parent(arr.Length - 1); i >= 0; i--)
                siftDown(i);
        }


        // 返回堆中的元素个数
        public int size()
        {
            return data.getSize();
        }

        // 返回一个布尔值, 表示堆中是否为空
        public bool isEmpty()
        {
            return data.isEmpty();
        }

        // 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的父亲节点的索引
        private int parent(int index)
        {
            if (index == 0)
                throw new Exception("index-0 doesn't have parent.");
            return (index - 1) / 2;
        }

        // 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的左孩子节点的索引
        private int leftChild(int index)
        {
            return index * 2 + 1;
        }

        // 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的右孩子节点的索引
        private int rightChild(int index)
        {
            return index * 2 + 2;
        }

        // 向堆中添加元素
        public void add(E e)
        {
            data.addLast(e);
            siftUp(data.getSize() - 1);
        }

        private void siftUp(int k)
        {
            while (k > 0 && data.get(parent(k)).CompareTo(data.get(k)) < 0)
            {
                data.swap(k, parent(k));
                k = parent(k);
            }
        }

        // 取出堆中最大元素
        public E extractMax()
        {
            E ret = findMax();
            data.swap(0, data.getSize() - 1);
            data.removeLast();
            siftDown(0);
            return ret;
        }

        // 看堆中的最大元素
        public E findMax()
        {
            if (data.getSize() == 0)
                throw new Exception("Can not findMax when heap is empty.");
            return data.get(0);
        }

        private void siftDown(int k)
        {
            while (leftChild(k) < data.getSize())
            {
                int j = leftChild(k); // 在此轮循环中,data[k]和data[j]交换位置
                if (j + 1 < data.getSize() && data.get(j + 1).CompareTo(data.get(j)) > 0)
                    j++;
                // data[j] 是 leftChild 和 rightChild 中的最大值

                if (data.get(k).CompareTo(data.get(j)) >= 0)
                    break;

                data.swap(k, j);
                k = j;
            }
        }

        /// <summary>
        /// 替换：取出堆中的最大元素，并且替换成元素e
        /// </summary>
        /// <param name="e"></param>
        /// <returns></returns>
        public E replace(E e)
        {
            E ret = findMax();
            data.set(0, e);
            siftDown(0);
            return ret;
        }

    }
}
